The ShardИновативна технология за основите на небостъргача The Shard е една от най-високите сгради в Европа. Кулата се издига на мястото на 24-етажната конструкция Southwark Towers, строена през 1976 г. и достига височина от 310 метра, със своите 72 етажа и 15 сервизни нива на покрива. Сградата е проектирана с нестандартна триъгълна форма в сечение и е облицована изцяло в стъкло.
текст инж. Вера Ангелова
Първата важна стъпка в изграждането на една от най-високите сгради в Европа е отбелязана с изливането на 5,500-те куб. метра бетон. Този интересен завършващ етап от земните работи на сградата всъщност създава солидната фундаментна плоча, върху която се изгражда сградата впоследствие. И все пак остава отворен въпросът как са издигнати 21-те етажа без да имат солидна основа. Отговорът се крие в иновативния подход, който е използван за построяването на кулата по най-бързия възможен начин.
Причината да се търси най-бързия начин за изграждане е в промяна на технологично организационните планове в началото на проекта, което налага отлагане на старта на строително-монтажните работи. Затова тази технология е избрана, за да се навакса изгубеното време. Въпреки това, от самото начало на работата по проекта става ясно, че изграждането крие много предизвикателства.
Нa първо място, строителната площадка се намира на оживено място, в близост до станцията London Bridge, в която ежедневно влизат и излизат хиляди пътуващи и графикът на строителните работи трябва да бъде особено гъвкав и с повишена сигурност. При работата също трябва да се оказва минимално въздействие върху околностите на обекта, които освен централното градско разположение, имат и редица допълнителни изисквания, ограничаващи свободата на строително монтажните работи.
Строителната площадка се намира точно срещу ъгъла на станцията, която се поддържа от стари тухлени жп арки; тунелите на линията Jubilee са прокопани подземно съвсем наблизо; в съседство има и болница. Освен това, главен водопроводен клон минава под пътя до обекта.
Преди началото на изпълнението е изчислено, че всички конструкции в радиус от 100 метра от строителната площадка биха могли да бъдат изложени на риск от всяко движение, причинено от земните работи за 306 метровата кула.
Технологични особености
За израждането на кулата е използван иновативен строителен подход: отгоре-надолу. Това означва, че изливането на плочата на приземния етаж и изкопаването на земята под нея се извършва едновременно с работата по изграждане на горните етажи.
Преди началото на строителството е разрушена съществуваща на мястото сграда, като при тези процеси пространството за работа е изключително ограничено и всички движения трябва да са много добре контролирани.
Технологията отгор-надолу дава възможност връхната конструкция и подземното строителство да протичат по едно и също време, което ускорява строителството като цяло. След разрушаването, започва работа по инсталиране на шпунтови стени по периметъра на строителното петно, които действат като бариера за подпочвените води и осигуряват сигрурност на работата на подземнте нива на сградата. В крайна сметка тя осигурява и решаваща опора по периметъра на сградата.
В същото време започва работата по инсталирането на пилотните фундаменти от нивото кота нула. Това е сложен процес, тъй като съществуващата преди това сграда е била изградена без подземни нива. Вместо това, относително плитки вкопани пилоти със скосена основа са били използвани като опора за конструкцията. На места те са толкова близо един до друг, че основите им почти се допират. Особено трудно се оказва да се наредят в проектно положение още над 100 нови пилоти покрай съществуващите.
Инженерният екип намира оригиналните планове на разрушената сграда – сканирано фотокопие на изчертания на ръка оригинал, който се налата да бъде мащабиран и завъртян, за да отрази деформациите, които са се появили през годините.
Налагенето на коригирания чертеж върху плановете на The Shard дава възможност на екипа да позиционира точно новите пилотни фундаменти.
Проблемът е, че на практика няма гаранция за точността на оригиналния чертеж, а пилотите с диаметър 1800mm трябва да бъдат позиционирани точно; евентуален удар със съществуващ пилот при набиването на нов, може да го отклони от проектното положение и да изложи на риск сигурността на конструкцията. Като превантивна мярка, се решава, че след началото на копаенето по фундаментните работи, инженерният екип ще е в готовност да преработи плана на основите за всякакви промени в разположението на пилотите, които може да бъдат необходими. За щастие, до промяна на фундамента не се стига и работата продължава според организационните планове.
Бетонови работи
5,500 куб.м бетон са излети в рамките на 36 часа за да се положат основите на кулата. Главният изпълнител Mace, заедно с подизпълнителя за част бетонополагане Byrne Bros и инженерен екип от Robert Bird Group, обмислят идеята за използване на технологията “jump starting” за ядрото на сградата. Тази технология има потенциалa да намали с до три месеца времето за изпълнение на сградата, но до този момент никога не е използвана в сграда от такъв мащаб.
Първоначалният план е да се изгради водонепроницаема камера от набивни шпунтове от профилирана ламарина в центъра на строителната площадка и да се изкопае съдържанието й, така че работата по ядрото да може да започне по конвенционалния начин от основата нагоре. Междувременно, технологията "отгоре-надолу" е предвидено да се използва за строителство на частта на сградата между камерата и ограждащата шпунтова стена.
Въпреки това, jump starting означава, че работата по ядрото и стоманената конструкция на надземните етажи може да продължи, докато ядрото е в процес на изграждане надолу. По този начин се премахва времеемкото оформяне на водонепропускливата камера.
Техниката включва позициониране на големи стоманени колони с кутиеобразно сечениея, които „потъват” в носещите пилотни фундаменти под ядрото, поемайки натоварването от неговото изграждане. След приключването на нулевия цикъл и изливането на големия ростверк на пилотните фундаменти, са изградени стоманобетонните стени, които да преразпределят и предадат натоварването към ростверка и пилотната група. Тази технология изисква допълнителни 550 тона стомана и крие известни рискове при използването.
1000 тона армировъчна стомана са използвани само във фундаментния ростверк на The Shard. При изливането на бетонната смес основен проблем се оказва да се гарантира неподвижност на цялата система, предвид на огромното й количество.
Инженерният екип, отговарящ за изгражането, трябва да гарантира, че теглото на ядрото няма да причини загуба на устойчивост на стоманените колони, преди стоманобетонните стени да бъдат включени в поемането на натоварването. При изграждането, обаче, възниква допълнително усложнение. Поради наличието на останали пилотни фундаменти от Towers Southwark се оказва невъзможно колоните да се разпределят симетрично.
Решението е да се използват общо 23 колони и да се определи ограничение за височината, до която да се издигне ядрото, преди да бъдат построени стените. Няколко итеративни процедури на разположението на колоните са били необходими, за да се постигне необходимата сигурност на крайното оформление, при която ще се избегне евентуален сблъсък, който може да предизвика нежелани последствия.
Инсталирането на стоманените колони изисква часовникарска точност, тъй като тяхното разположение трябва да съвпада напълно с това на пилоти от пилотната група. За позиционирането им е използвана хидравлична рамка с механична настройка, гарантираща сигурност на положението, преди работата да започне. След това обшивката потъва под силата на тежестта си и обхваща излятия бетон на пилотите в стабилна рамка.
Веднага след полагането на колоните, започва работата по изграждането на ядрото. Направен е изкопът за три подземни нива, позволяващ инсталирането на пълзящия кофраж и армировъчните и бетонните работи започват. Едновременно с изграждането на ядрото, се работи и върху стоманената рамка на сградата и подовите плочи.
В същото време започва работата по изкопаването на повече от 65 000 куб.м почва за оформяне на подземните нива на сградата. Това става първо на ниво -2, където е излята подовата плоча и след това на ниво -3, където гигантският ростверк трябва да предава натоварването от сградата към групата пилотни фундаменти.
След окончателното завършване на фундамента започва работата по носещите стени. По време на строителството екипът наблюдава фасадите на всички сгради по ул. St Thomas до строителната площадка както тунелите на линията Jubilee и тухлените арки на станцията. Преместване е забелязано само в най-близкия тунел, но то съответства на направените предварителни изчисления и очакванията. Сметките показват, че по време на изграждането на основите, тунелът се премества с 15mm, а при издигането на кулата се връща с 4mm.
Работа в ограничено пространство
При изграждането на Тhe Shard, технологичните предизвикателства са значителни, но строителните специалисти стрещат също и логистични проблеми, заради ограниченото пространство в натоварения градски център.
Освен хилядите, идващи от станцията London Bridge всеки ден, има и автогара в непосредствена близост, която трябва да продължи да функционира нормално в процеса на строителството. Освен това, от другата страна на улицата се намира болница, чийто вход е точно срещу главния вход на строителния обект. Всичко това, заедно с пешеходците, минаващи постоянно и тесните пътища за достъп, превръща доставката на материали до обекта в едно голямо предизвикателство.
По време на пиковите моменти на бетонополагането, автобетоносмесителите пристигат на обекта на интервали от две минути. На обекта работят три бетон помпи с общ капацитет до 150 куб.м за един час, за да се даде възможност бетоновозите да са непрекъснато в движение. Бетоновата смес се докарва от четири бетонови възли, разположени от Гринуич на изток до Battersea на юг. Според изпълнителите е имало възможност да се използват само два възела, но това би намалило производителността наполовина и би удължило сроковете за изпълнение. С четири бази се работи при по-голяма сигурност.
Цялата работа по бетонирането на масивната фундаментна плоча е планирана за събота и неделя, когато трафикът е значително намален, както и търсенето на бетон от други обекти в столицата.
Опитът, натрупан от извозването на земните маси при изкопните работи, позволява да се оптимизира дижението на камионите при всеки работен цикъл.
Разработени са основните и вторичните маршрути за камионите и е планирано движението в консенсус от страна на всички основни заинтересовани страни.
Доставките на бетонова смес на обекта са строго контролирани с буферна зона, разположена на няколко километра от строителната площадка, откъдето превозните средства се задържат и изпращат на обекта на равни интервали от време.
Подготвителни работи
Преди разрушаването на съществуващите Towers Southwark и изграждането на The Shard да може да започне, е било необходимо да се подсигурят всички съпътстващи процеси. А това се оказва доста по-сложно от очакваното.
Самото разрушаване на Towers Southwark не е едностранен процес. Тази конструкция действа като странична опора старите тухлени арки, върху които е построена гара London Bridge и преди началото на работата е било необходимо те да се подсигурят със специално изградени укрепващи конструкции, за да се предотвратят неочаквани деформации.
Освен това, части от носещата конструкция на автогарата се намират в сутерена на съществуващата сграда и е трябвало да бъдат разрушени, за да се освободи място за изграждане на плочата на втория етаж на новата сграда. За да се подсигури нормалното функциониране на гарата като сграда, в ограниченото пространсво около бетоновите основи са инсталирани мини-пилоти за подпомагане на преразпределянето на натоварването.
Една от ъгловите колони на покрива на станцията London Bridge също попада в рамките на строителната площадка на The Shard и са предприети специални мерки, за да се гарантира запазването на функционалността й. Понеже плочата около нея е трябвало да бъде разрушена, тази колона е специално отбелязана в плановете за работа и под нея са поставени стоманени опори, които да не позволят плочата да бъде разрушена на това място.
По линията на западната стена на шпунтовата стена, са разположени две излезли от употреба вертикални шахти. Едната, стълбищна шахта, е запълнена през петдесетте години. Но преди да може да започне работата по шпунтовата стена, цялата шахта е отстранена. Другата, асансьорната шахта, е запълена с пенобетон преди да започнат фундаментните работи. Стабилизирането на тези шахти, разположени на най-неудобното възможно място, е ключов момент за предотвратяването на проникването на вода, след като шпунтовата стена е завършена.
Специална бетонова смес
При повече от 5 000 куб. м бетон в ростверка на Тhe Shard, е логично да не се използва конвенционална смес. Както е известно, в процеса на свързване, бетонът, или по-конкретно циментът в него, отделя известно количество топлина и при големи обеми (а в случая става въпрос за плоча с размери 50 на 60m с дълбочина, достигаща на места до 3m) могат да се образуват недопустимо големи пукнатини.
Затова при проектиране на бетоновата смес, основен приоритет е намаляването на рисковете от напукване на плочата.
Точната рецептура не е достъпна, заради времето и разходите, съпътствани с изработването й. Но не е тайна, че в състава на сместа влиза гранулирана шлака от доменни пещи, която замества 75% от цимента, като така помага да се ограничи количеството на генерираната топлина.
Основен недостатък при използването на заместители на цимента е ниската стойност на ранните якости – при такава смес проектната якост се достига едва за 56 дни – двойно, в сравнение със смесите с обикновен портланд цимент. Затова при разработването на сместа са използвани химически добавки, гарантиращи, че бетонът ще има достатъчна якост за покриване на конструктивните изисквания на 14-ия ден от полагането, дори и проектната якост да се достигне на по-късен етап.
Предвид гъстотата на армировъчната мрежа в плочата, основно изискване към бетонната смес е да бъде с добра консистенция, за да може да заеме плътно кофражната форма. Затова в състава й са включени добавки - пластификатори, забавители и други, даващи възможност за постигане на добри характеристики, забавяне на началото на свързване и предотвратяване на разслояването, което е често срещано явление при такова бетониране.
Бетонът се излива в слоеве с дебелина 750mm. Това помага за ограничаване на акумулирана топлина и регулира полагането, в резултат на което следващите слоеве може да се излеят, преди началото на свързване на предходните.
Създадена е специална компютърна програма, която да прогнозира температурата на ядрото, и термодвойки са фиксирани към армировката на ростверка, за да се даде възможност да се следи температурата в процеса на работа. Това е допълнително удобство, позволяващо съставът на сместа да се регулира при необходимост.21/04/2013 |
